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三维条码印刷与识别技术研究

• 引言

  条码技术自出现以来，发展十分迅速，其使用极大地提高了数据采集和信息处理速度，为管理的科学现代化做出了巨大贡献。随着条码应用技术的推广，人们对条码的信息密度、可靠性、安全性、识别率提出了更高的要求。近年来由于彩色印刷设备、采集设备的日趋成熟和低成本化，人们在二维条码的基础上加入颜色信息进行扩展，形成了三维条码概念。三维条码结合模块的颜色变化和纵向排列，在有限的几何空间内能表示出更多的信息，达到提升条码信息容量的目的。目前，虽然针对三维条码提出了一些设计思路，但是其编码与识别技术不是很成熟。本文以DataMatrix条码为例，研究如何实现三维条码的生成与识别系统，研究适合实际印刷需要的色彩空间选择方法，设计彩色编码方案。为了更好地实现图像分割效果和提高识别率，提出了面向三维条码图像固定颜色自适应阈值Canny边缘检测算法。

  Data Matrix三维条码

  Data Matrix二维条码的基本单位为模块，其颜色用黑色或白色表示。它是一种矩阵式二维条码，其在结构形体以及元素排列上与代数矩阵具有相似的特征。其中黑色模块表示二进制l，白色模块表示二进制0。

  对于相同密度和面积的条码，同一个模块表示的二进制位越多，其包含的信息量越大。三维条码设计的基本思想是从码字流到二进制流的转换入手，分析转换后的二进制流与模块之间的关系，在二维基础上增加新的一维颜色信息，以满足对二维条码包含更多信息的要求。基于三维条码的设计思想，如果每个模块表示k个二进制位，则二进制位的组合方式有≯种。引入彩色的概念，每个模块可以用2。种不同的颜色来表示，条码编码容量提升倍数为k-l倍。

  识别技术是条码系统的关键，要求设计出的条码易于识别，并且识别算法稳定可靠。模块许用颜色集合的选取是决定三维条码性能的重要因素，所选择的颜色在彩色信息识读过程中，不易受外部因素影响，容易识别。在实际印刷设计方面考虑到商品包装在储运过程中，如刮擦、潮湿、气体等因素都会污染到条码标签，所以选择颜色时一定要考虑其颜色特性，如耐久性、饱和度等技术指标，以提高条码的抗污染能力。模块的颜色数越多，条码包含的信息容量越大，但在识别过程中颜色的区分度就会降低，导致处理速度慢，效率低。为了提高条码的抗污染能力，同时最大化地提升条码信息容量和识别处理速度，要求我们设计模块时包含的颜色数多且易于区分，识别算法易于实现。根据紫外辐照加速老化方法研究纸基彩色条码褪色规律，基于CIELab模型分析紫外辐照累计时间与三维条码色差的关系，将颜色划分为黑、自、红、绿、蓝、黄、青、品红8种颜色。

  维条码印刷图像预处理

  在实际应用中，由彩色电荷耦合摄像器件(CCD)设备读取的图像通常会产生诸多干扰，影响识别率。对于具有形变、污损和噪声干扰的条码图像，先要判断出文字背景干扰下的三维条码位置，提取出图像。因原始图像存在噪声，对重建图像会有严重的影响，需要做减噪声处理。我们将图像在水平和垂直方向进行投影，初步确定三维条码在整个图像中的大致位置，为避免计算误差，采用在区域四周留出一定余量进行几何裁剪。

   

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